Transport hydrique
Le transport de l'eau à travers la membrane plasmique se fait par :
- diffusion.
- les aquaporines.
La perméabilité des aquaporines est régulée par la concentration de \(Ca^{2+}\) et le pH. Ce mécanisme rapide à l'échelle cellulaire est trop lent à celle de l'organisme. Par exemple, pour un séquoia il faudrait plusieurs siècles pour qu'une molécule d'eau atteigne le sommet de l'arbre.
Sur les longues distances, le courant de masse déplace l'eau sous l'effet d'un gradient de pression. L'absence de structure dans les vaisseaux du xylème et phloème facilite le passage du courant.
La montée de l'eau et des minéraux absorbés par les racines dans le xylème jusqu'aux tiges a lieu sous l'effet de la transpiration.
Les minéraux entrent dans la racine au niveau des extrémités notamment par les poils absorbants. Ils sont chargés dans la stèle au niveau de l'endoderme, comme la bande Caspary chez Dicotylédone, par un transport actif qui les concentre. Ce système actif de pompage permet de :
- sélectionner les minéraux.
- empêcher les molécules de retourner dans le sol.
- bloquer les substances toxiques.
Note
Dans les arbres avec de larges vaisseaux, l'eau peut monter entre 24km/h à 72 km/h.
L'eau est perdue par transpiration :
- poussé de l'eau des racines.
- aspirations par les feuilles.
Il existe également la montée par capillarité. Elle est liée au diamètre des vaisseaux. Elle fonctionne chez les petites plantes inférieures à 1,5m.
Potentiel hydrique
Les mouvements d'eau entre l'environnement, la plante et l'intérieur de la plante dépendent du potentiel hydrique noté \(\psi _w\) (unité MPa). Pour rappel, le flux se fait du potentiel le plus élevé vers le plus faible. Le potentiel hydrique est la somme du :
- \(\psi _s\) potentiel de soluté. Il dépend de la quantité de molécules osmotiques dissoutes dans le liquide. Chez les végétaux, ce sont généralement les ions minéraux et les glucides. Il vaut 0 lorsque la concentration en osmolites est nulle.
- \(\psi _p\) potentiel de pression. Il est supérieur à 0 lorsque la cellule est turgescente et inférieur lorsqu'elle est en tension. Il permet l'élongation et contribue à rigidifier la cellule.
- \(\psi _m\) potentiel matriciel ou potentiel de capillarité.
- \(\psi _g\) potentiel de gravité.
Note
Le potentiel de capillarité est négligeable pour les grandes plantes et le potentiel de gravité pour les plantes inférieures à 10m :
Note
Le potentiel hydrique maximum est 0.
L'état normal d'une cellule végétale est la turgescence. La vacuole est gonflée et exerce une pression sur les parois de la cellule.
L'entrée d'eau dans la racine
Pour que l'eau entre dans la plante il faut que le potentiel hydrique des racines soit inférieur à celui du sol \(\psi _{plante} \lt \psi _{environnement}\). Les plantes doivent créer les conditions adéquates pour permettre à l'eau et aux minéraux de rentrer dans la racine.
Note
Les plantes peuvent être classées dans trois catégories en fonction de leur tolérance à la concentration de molécules osmotiquement actives dans le sol car pour pouvoir attirer l'eau, elles doivent être capables d'accumuler une forte concentration d'osmolites : Halophyte > Glycophyte résistante > Glycophyte sensible.
Le potentiel hydrique dépend de :
- la constitution du sol.
- la taille des particules.
Note
Plus la particule est petite plus l'eau sera retenue par le sol.
La tension exercée par une particule est :
\(\(\psi _m = \frac{- 2 \cdot T}{r}\)\) * \(r\) le rayon en \(m\). * \(T\) la tension superficielle en \(Mpa\).
Un sol est constitué de la combinaison de trois éléments :
| Constituant | Taille des particules (um) | Sol idéal |
|---|---|---|
| Sable | \(\gt 50\) | 40% |
| Limon | 2 à 50 | 40% |
| Argile | \(\lt 2\) | 20% |
| Point de flétrissement limite de teneur en eau à partir de laquelle la plante n'est plus capable d'extraire l'eau. |
Humus couche supérieure créée et entretenue par la décomposition de la matière organique.
De plus, l'humus :
- retient l'eau.
- est friable et aérée.
- riche en matière organique.
L'absorption de l'eau a lieu au niveau de la racine au niveau de la zone pilifère. Les poils absorbants multiplient par 100 la surface du rhizoderme avec le substrat.
Chez 80% des Angiospermes, l'absorption de l'eau et des minéraux se fait grâce à des champignons mycorhiziens.
Note
Les plantes sont sensibles à la qualité du sol. Elles sont capables d'identifier et de développer leurs racines dans la zone qui leur est la plus favorable.
Poussé de l'eau des racines
La pression racinaire est engendrée par l'activité des cellules racinaires qui dépensent de l'énergie pour accumuler les minéraux. La taille limite est de quelques mètres.
Note
De nombreuses espèces utilisent cette voie uniquement lors de leur de période définie, par exemple durant leur croissance.
La poussé d'eau des racines engendre un phénomène de guttation lorsque l'atmosphère est saturée en humidité. L'eau n'arrive plus à s'évaporer et des gouttelettes se forment à l'extrémité des feuilles.
Aspirations par les feuilles
L'aspiration foliaire se base sur l'hypothèse de cohésion-tension. Elle présente l'avantage de ne pas nécessité de dépense d'énergie de la part de la plante.
Note
Le système continue à fonctionner en absence de cellules vivantes.
La transpiration génère une aspiration qui tire les molécules d'eau, attachées les unes aux autres.
- Les lacunes du parenchyme lacuneux situé dans les feuilles sont saturées en eau parce que les parois des cellules sont humides. Comme l'air extérieur contenant moins d'humidité, la vapeur se diffuse vers l'extérieur.
- La perte d'eau sur les parois constituées de molécules hydrophiles comme la cellulose courbe les surfaces entre l'eau et l'air. Ors l'eau a une tension superficielle importante. Elle se met à tirer sur la chaine d'eau pour réduire la tension.
- Les molécules d'eau sont attirées vers les parties aériennes.
Note
La présence de molécules hydrophiles dans les vaisseaux contribue à réduire l'effet de la gravité.
L'aspiration exerce sur les vaisseaux du xylème une tension appelée force de dépression. Ils sont renforcés pour supporter cette force et lui permettre de s'exercer sur la chaine d'eau.
En cas de froid ou de chaleur extrême, la chaine d'eau peut se rompre et des bulles d'air apparaitre à l'intérieur de la chaine et interrompre le flux. Ce phénomène s'appelle la cavitation.
Embolie cavitation où une bulle de gaz qui bloque la colonne d'eau.
Pour éviter que les parties aériennes se retrouve de sans eau, les vaisseaux du xylème sont progressivement remplacés par de nouveaux. Les anciens alors servent uniquement au soutien de la plante.
[[régulation de l'hydrotranspiration]]
Taille limite d'un arbre
La chaine d'eau est soumise à deux forces opposées qui limitent la taille maximum des arbres à 110m. La gravité tire la chaîne d'eau vers le bas tandis que la transpiration la tire vers le haut. Il en résulte une dépression qui a un certain peut briser la chaîne et entrainer une cavitation qui conduira à la mort de l'arbre.